化工原理課程設(shè)計(jì) ----乙烯——乙烷精餾裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括概述、流程簡(jiǎn)介、精餾塔、再沸器、輔助設(shè)備、管路設(shè)計(jì)和控制方案共七章。</p><p>　　說(shuō)明中對(duì)精餾塔和再沸器的設(shè)計(jì)計(jì)算做了詳細(xì)的闡述，對(duì)于輔助設(shè)備和管路的設(shè)計(jì)也做了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。</p><p>　　鑒于設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)有限，本設(shè)計(jì)中還存在許多的錯(cuò)誤，希望各位老師給予指

2、正。</p><p>　　感謝老師的指導(dǎo)和參閱！</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 概述4</b></p><p>　　第二章 方案流程簡(jiǎn)介6</p><p>　　第三章 精餾塔工藝設(shè)計(jì)8</p><p&

3、gt;<b>　　一、設(shè)計(jì)條件8</b></p><p>　　二、物料衡算及熱量衡算9</p><p><b>　　1、物料衡算9</b></p><p><b>　　2、回流比計(jì)算9</b></p><p>　　3、全塔物料衡算10</p><p

4、>　　4、逐板計(jì)算塔板數(shù)11</p><p>　　第四章 精餾塔工藝設(shè)計(jì)14</p><p><b>　　1.物性數(shù)據(jù)14</b></p><p><b>　　2.初估塔徑14</b></p><p>　　3.塔高的估算15</p><p>　　4.溢流裝置的

5、設(shè)計(jì)16</p><p>　　5.塔板布置和其余結(jié)構(gòu)尺寸的選取17</p><p>　　6.塔板流動(dòng)性能校核18</p><p>　　7.負(fù)荷性能圖20</p><p>　　第五章 再沸器的設(shè)計(jì)23</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)條件23</p><p>　　二、估算設(shè)備尺寸

6、24</p><p>　　三、傳熱系數(shù)的校核25</p><p>　　四、循環(huán)流量校核28</p><p>　　第五章 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　一、管路設(shè)計(jì)32</b></p><p>　　二、輔助容器的設(shè)計(jì)35</p><p><b

7、>　　三、泵的設(shè)計(jì)37</b></p><p><b>　　四、傳熱設(shè)備41</b></p><p>　　第七章 控制方案43</p><p>　　附錄1 過(guò)程工藝與設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)44</p><p>　　附錄2 精餾塔及再沸器計(jì)算結(jié)果匯總49</p><p>　　

8、附錄3 主要符號(hào)說(shuō)明52</p><p>　　附錄4 參考文獻(xiàn)54</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　精餾是分離過(guò)程中的重要單元操作之一，所用設(shè)備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝器。</p><p><b>　　精餾塔</b></p><p&

9、gt;　　精餾塔是該工藝過(guò)程的核心設(shè)備，精餾塔按傳質(zhì)元件區(qū)別可分為兩大類(lèi)，即板式精餾塔和填料精餾塔。本設(shè)計(jì)為板式精餾塔。精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板，塔中部適宜位置設(shè)有進(jìn)料板。兩相在塔板上相互接觸時(shí)，液相被加熱，液相中易揮發(fā)組分向氣相中轉(zhuǎn)移；氣相被部分冷凝，氣相中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物中的組分得到高程度的分離。</p><p>　　簡(jiǎn)單精餾中，只有一股進(jìn)料，進(jìn)料位置將塔分為精餾段和提餾段，而

10、在塔頂和塔底分別引出一股產(chǎn)品。精餾塔內(nèi)，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最高。</p><p>　　本設(shè)計(jì)為浮閥塔，浮閥塔板綜合了泡罩塔板和篩板塔板的優(yōu)點(diǎn)，塔板上的孔較大，每個(gè)孔還裝有可以上下浮動(dòng)的浮閥。</p><p><b>　　再沸器</b></p><p>　　作用：用以將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩

11、相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過(guò)換熱器管程時(shí)部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。</p><p><b>　　立式熱虹吸特點(diǎn)：</b></p><p>　　1、循環(huán)推動(dòng)力：釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差。 </p><p>　

12、　2、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高。</p><p>　　3、殼程不能機(jī)械清洗，不適宜高粘度、或臟的傳熱介質(zhì)。</p><p>　　4、塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。</p><p>　　冷凝器 （設(shè)計(jì)從略）</p><p>　　用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行，最

13、常用的冷凝器是管殼式換熱器。</p><p>　　第二章 方案流程簡(jiǎn)介</p><p><b>　　精餾裝置流程</b></p><p>　　精餾就是通過(guò)多級(jí)蒸餾，使混合氣液兩相經(jīng)多次混合接觸和分離，并進(jìn)行質(zhì)量和熱量的傳遞，使混合物中的組分達(dá)到高程度的分離，進(jìn)而得到高純度的產(chǎn)品。</p><p><b>　　流

14、程如下：</b></p><p>　　原料（乙烯和乙烷的混合液體）經(jīng)進(jìn)料管由精餾塔中的某一位置（進(jìn)料板處）流入塔內(nèi)，開(kāi)始精餾操作；當(dāng)釜中的料液建立起適當(dāng)液位時(shí)，再沸器進(jìn)行加熱，使之部分汽化返回塔內(nèi)。氣相沿塔上升直至塔頂，由塔頂冷凝器將其進(jìn)行全部或部分冷凝。將塔頂蒸氣凝液部分作為塔頂產(chǎn)品取出，稱(chēng)為餾出物。另一部分凝液作為回流返回塔頂?；亓饕簭乃斞厮飨?，在下降過(guò)程中與來(lái)自塔底的上升蒸氣多次逆向接觸和分

15、離。當(dāng)流至塔底時(shí)，被再沸器加熱部分汽化，其氣相返回塔內(nèi)作為氣相回流，而其液相則作為塔底產(chǎn)品采出。</p><p><b>　　工藝流程</b></p><p><b>　　物料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸</b></p><p>　　精餾過(guò)程必須在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置一定數(shù)量不同容積的原料儲(chǔ)罐、泵和各種換熱器，以暫時(shí)儲(chǔ)存，運(yùn)輸和預(yù)熱（或冷卻）所

16、用原料，從而保證裝置能連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。</p><p><b>　　必要的檢測(cè)手段</b></p><p>　　為了方便解決操作中的問(wèn)題，需在流程中的適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表，以及時(shí)獲取壓力、溫度等各項(xiàng)參數(shù)。</p><p>　　另外，常在特定地方設(shè)置人孔和手孔，以便定期的檢測(cè)維修。</p><p><b>　　

17、3） 調(diào)節(jié)裝置</b></p><p>　　由于實(shí)際生產(chǎn)中各狀態(tài)參數(shù)都不是定值，應(yīng)在適當(dāng)?shù)奈恢梅胖靡欢〝?shù)量的閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證達(dá)到生產(chǎn)要求，可設(shè)雙調(diào)節(jié)，即自動(dòng)和手動(dòng)兩種調(diào)節(jié)方式并存，且隨時(shí)進(jìn)行切換。</p><p><b>　　設(shè)備選用</b></p><p>　　精餾塔選用浮閥塔，配以立式熱虹吸式再沸器。</p>

18、<p><b>　　處理能力及產(chǎn)品質(zhì)量</b></p><p>　　處理量： 140kmol/h</p><p>　　產(chǎn)品質(zhì)量：（以乙烯摩爾百分?jǐn)?shù)計(jì)）</p><p><b>　　進(jìn)料：xf＝65％</b></p><p>　　塔頂產(chǎn)品：xD＝99％</p><p&g

19、t;　　塔底產(chǎn)品: xw≤1％</p><p>　　第三章 精餾塔工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)條件</b></p><p><b>　　工藝條件：</b></p><p>　　飽和液體進(jìn)料，進(jìn)料乙烯含量xf＝65％（摩爾百分?jǐn)?shù)）</p><p>　　塔頂乙烯

20、含量 xD＝99％，釜液乙烯含量 xw≤1％，總板效率為0.6。</p><p><b>　　2．操作條件：</b></p><p>　　1）塔頂操作壓力：P=2.5MPa（表壓）</p><p>　　2）加熱劑及加熱方法：加熱劑——熱水</p><p>　　加熱方法——間壁換熱</p><p>

21、<b>　　3）冷卻劑：制冷劑</b></p><p>　　4）回流比系數(shù)：R/Rmin=1.5</p><p><b>　　3．塔板形式：浮閥</b></p><p>　　4．處理量：qnfh=140kmol/h</p><p><b>　　5．安裝地點(diǎn)：大連</b><

22、/p><p>　　6．塔板設(shè)計(jì)位置：塔底</p><p>　　二、物料衡算及熱量衡算</p><p><b>　　1、物料衡算</b></p><p>　　塔頂與塔底溫度的確定</p><p>　　①、塔頂壓力Pt=2500+101.325=2601.325KPa；</p><p&

23、gt;　　假設(shè)塔頂溫度Tto=-17℃ </p><p>　　查P-T-K圖 得KA、KB 因?yàn)閅A=0.99</p><p><b>　　結(jié)果小于10-3。</b></p><p>　　所以假設(shè)正確，得出塔頂溫度為-17℃。用同樣的計(jì)算，可以求出其他塔板溫度。</p><p>　　α1=KA/KB=1.0/0.7

24、1=1.408</p><p><b>　　②、塔底溫度</b></p><p>　　設(shè)NT=41（含塔釜）則NP=(NT-1)/NT=67</p><p>　　按每塊阻力降100液柱計(jì)算 pL=410kg/m3</p><p>　　則P底=P頂+NP*hf*pL*g=2500+101.325+67*0.1*470*9.

25、81/1000</p><p><b>　　=2.63KPa</b></p><p>　　假設(shè)塔頂溫度Tto=5℃ </p><p>　　查P-T-K圖 得KA、KB 因?yàn)閄A=0.02</p><p><b>　　結(jié)果小于10-3。</b></p><p>　　所以假

26、設(shè)正確，得出塔頂溫度為5℃。用同樣的計(jì)算，可以求出其他塔板溫度。</p><p>　　α2=KA/KB=1.15</p><p>　　所以相對(duì)揮發(fā)度α=（α1+α2）/2=1.429</p><p><b>　　2、回流比計(jì)算</b></p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1 </p><p>　　

27、q線：x=xf = 65% </p><p>　　代入數(shù)據(jù)，解得 xe=0.65;ye=0.728;</p><p>　　R=1.2Rmin=5.21;</p><p><b>　　3、全塔物料衡算</b></p><p>　　qnDh+qnWh=qnFh </p><p>　　qnDh

28、xd+qnWhxw=qnFhxf</p><p>　　解得 qnDh =91.43kmol/h ; qnWh=4kmol/h</p><p><b>　　塔內(nèi)氣、液相流量：</b></p><p>　　精餾段：qnLh=RqnDh; qnVh =(R+1)qnDh</p><p>　　提留段：

29、qnLh’= qnLh+q×qnFh; qnVh’= qnVh-(1-q×)qnFh</p><p>　　M=xf·MA+(1-xf)·MB=0.65×28＋0.35×30=28.7kg/kmol</p><p>　　MD=xd·MA+(1-xd)·MB=0.98×28＋0.02×30=27

30、.75kg/kmol</p><p>　　MW=xw·MA+(1-xw)·MB=0.02×28＋0.98×30=29.98kg/kmol</p><p>　　qmf= qnfh×M=4018kg/s</p><p>　　qmD= qnDh×MD=2537.18 kg/s</p><p&g

31、t;　　qnW=qnWh×MW=1456.13 kg/s</p><p>　　qmL=R×qmD =476.194 kg/s</p><p>　　qmV=(R+1) qmD =567.6 kg/s</p><p>　　qmL’= qmL +q× qmf =616.194 kg/s</p><p>　　qmV’=

32、qmV -(1-q) × qmf =567.594 kg/s</p><p><b>　　4、逐板計(jì)算塔板數(shù)</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　y1=xD=0.99</p><p>　　直至xi< xf 理論進(jìn)料位置：第i塊板<

33、/p><p><b>　　進(jìn)入提餾段：</b></p><p>　　直至xn< xW 計(jì)算結(jié)束。理論板數(shù)：Nt=42（含釜）</p><p>　　由excel計(jì)算的如表</p><p>　　5、確定實(shí)際塔底壓力、板數(shù)：</p><p>　　實(shí)際板數(shù)Np=[(Nt-1)/0.6]+1=

34、69；</p><p>　　塔底壓力Pb=Pt+0.217×9.81×0.1×69（Np）=2.667KPa; （0.47為塔頂丙烯密度）</p><p>　　第四章 精餾塔工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2.66Mpa、5℃下，塔底混合物質(zhì)的

35、物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　氣相密度：ρV =35kg/ m3</p><p>　　液相密度：ρL =420kg/ m3</p><p>　　液相表面張力：σ=2.73mN/m</p><p><b>　　2.初估塔徑</b></p><p>　　氣相流量：qmVs=4.727kg/s q

36、VVs=qmVs/ρv=0.1351m3/s</p><p>　　液相流量：qmLs=5.132kg/s qVLs=qmLs/ρL=0.0122m3/s</p><p>　　兩相流動(dòng)參數(shù)： =0.3136</p><p>　　初選塔板間距 HT=0.45m,查《化工原理》（下冊(cè)）P237泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖，得：C20=0.05

37、8</p><p>　　所以，氣體負(fù)荷因子： =0.0389</p><p>　　液泛氣速： ＝0.129m/s</p><p><b>　　取泛點(diǎn)率為0.7</b></p><p>　　操作氣速：u = 泛點(diǎn)率 ×=0.0904 m/s</p>

38、<p>　　氣體流道截面積： =1.494m2</p><p>　　選取單流型弓形降液管塔板，取 / =0.12;</p><p>　　則A / =1- / =0.88</p><p>　　截面積: AT=A/0.88=1.697 m2</p><p>　　塔徑： =1.47m</p>

39、<p>　　圓整后，取D=1.6m</p><p>　　實(shí)際面積： =2.011 m2</p><p>　　降液管截面積：Ad=AT×0.12= 0.2413 m2</p><p>　　氣體流道截面積：A=AT-Ad=1.7693m2</p><p>　　實(shí)際操作氣速： = 0.076m/s &l

40、t;/p><p>　　實(shí)際泛點(diǎn)率：u / uf =0.591</p><p><b>　　3.塔高的估算</b></p><p><b>　　Np=69</b></p><p>　　有效高度：Z= HT ×Np=31.05m</p><p><b>　　封頭:

41、0.8m</b></p><p>　　進(jìn)料處兩板間距增大為0.7m</p><p>　　設(shè)置5個(gè)人孔，每個(gè)人孔0.8m</p><p>　　裙座取5m,塔頂空間高度1.5m,</p><p>　　釜液上方氣液分離高度取1.5m.</p><p>　　設(shè)釜液停留時(shí)間為30min</p><

42、p>　　釜液高度：ΔZ =0.862m取其為0.9m </p><p>　　所以，總塔高h(yuǎn)=31.05+0.7+5+1.5+1.5+0.9+0.8×5=45.45m</p><p><b>　　4.溢流裝置的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　降液管（弓形）</b>&

43、lt;/p><p>　　∵0.12 取，則有1.2m</p><p>　　驗(yàn)算 36.65m3/（m.h）＜100m3/（m.h）</p><p><b>　　∴1.2m</b></p><p>　　查化工原理下235頁(yè)圖10.2.23得：</p><p>　　0.17 ∴0.272</p

44、><p><b>　　溢流堰</b></p><p>　　取E近似為1.025</p><p>　　則堰上液頭高： 0.0336m＞5mm</p><p>　　取堰高h(yuǎn)w=0.04m,底隙hb=0.04m</p><p>　　液體流經(jīng)底隙的流速：ub

45、 </p><p>　　ub<0.5m/s 符合要求</p><p>　　5.塔板布置和其余結(jié)構(gòu)尺寸的選取</p><p>　　取塔板厚度б=4mm</p><p>　　進(jìn)出口安全寬度bs=bs’=70mm</p><p>　　邊緣區(qū)寬度bc=50mm</p><p>　　查化工原理

46、下235頁(yè)圖10.2.23得：</p><p>　　0.17 ∴0.272</p><p><b>　　=0.458m</b></p><p>　　r= =0.75m</p><p>　　有效傳質(zhì)面積： = 1.34 m2 </p><p>　　

47、選取F1型的浮閥，重型，閥孔直徑d0=0.039m;</p><p><b>　　初選F0=10；</b></p><p>　　計(jì)算閥孔氣速 =1.69m/s</p><p>　　浮閥的個(gè)數(shù)=66.9</p><p><b>　　圓整取67個(gè)</b></p><p>&l

48、t;b>　　=0.08m2</b></p><p>　　=0.152m </p><p>　　選錯(cuò)排方式，其孔心距取160mm</p><p><b>　　計(jì)算得</b></p><p><b>　　=1.69m</b></p><p>　　F0=uo&

49、#215;=9.998</p><p><b>　　所以F0=10正確</b></p><p>　　=0.0398%<10%</p><p><b>　　所以，符合要求</b></p><p>　　6.塔板流動(dòng)性能校核</p><p><b>　　液沫夾帶量校

50、核</b></p><p><b>　　驗(yàn)證泛點(diǎn)率F1</b></p><p><b>　　K=1;</b></p><p>　　由塔板上氣相密度及塔板間距查《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》書(shū)圖5-19得系數(shù)=0.120</p><p>　　根據(jù)表5-11所提供的數(shù)據(jù)Ｋ＝１</p&g

51、t;<p>　　Z=D-2bd=1.056m;</p><p>　　Ab=AT-2Ad=1.528;</p><p>　　F1=0.317 或 F1=0.256</p><p>　　均低于0.8，故不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的液沫夾帶。</p><p><b>　　塔板阻力hf的核對(duì)</b></p>

52、<p>　　hf= ho+hl+hσ</p><p><b>　　臨界孔速，聯(lián)立方程</b></p><p>　　得＝１．496m/s＜1.69m/s</p><p>　　ho=0.0648(m)</p><p>　　=0.45×(0.0４+0.0４)=0.036（m）</p>&l

53、t;p>　　=0.00006８(m)</p><p>　　hf= ho+hl+hσ=0.1008m液柱</p><p><b>　　降液管液泛校核</b></p><p>　　Hd 可取Δ=0</p><p>　　式中

54、 =0.0099 m </p><p>　　則 Hd =0.1907 m液柱</p><p>　　取降液管中泡沫層相對(duì)密度：Φ=0.5</p><p>　　則Hd’= =0.3814 m液柱</p><p>　　HT+hw=0.45+0.04=0.49> Hd’</p&

55、gt;<p><b>　　所以不會(huì)發(fā)生液泛 </b></p><p>　　液體在降液管中的停留時(shí)間</p><p>　　=8.88s>5s 滿足要求 </p><p><b>　　嚴(yán)重漏液校核</b></p><p><b>　　取F0’=5；</b&g

56、t;</p><p><b>　　=0.845</b></p><p>　　=1.89＞1.5～2.0；</p><p><b>　　故不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏夜</b></p><p><b>　　7.負(fù)荷性能圖</b></p><p><b>　　過(guò)

57、量液沫夾帶線</b></p><p>　　取 F1 = 0.8</p><p>　　Ab>0.78AT時(shí)用第一式（多見(jiàn)）</p><p>　　Ab=AT-2Ad=1.528</p><p>　　0.78 AT =0.78×2.0106=1.5686</p><p>　　Ab 相當(dāng)于0.78

58、AT</p><p>　　得qvvs=0.486-4.799qvls</p><p>　　qvvh=-4.799qvlh+1749.6</p><p>　　由上述關(guān)系可作得線①</p><p><b>　　液相下限線</b></p><p><b>　　取E=1.0 </b>

59、;</p><p>　　由上述關(guān)系可作得線②</p><p><b>　　嚴(yán)重漏液線</b></p><p>　　Fo＜5，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重漏液，故：</p><p><b>　　取F0=5;</b></p><p>　　qvvh=3600A0u0;</p><

60、p><b>　　=0.85</b></p><p>　　qvvh=243.4;</p><p>　　由上述關(guān)系可作得線③</p><p><b>　　液相上限線</b></p><p>　　令 =5s</p><p>　　得： =

61、78.17;</p><p>　　由上述關(guān)系可作得線④</p><p><b>　　漿液管液泛線</b></p><p>　　令 </p><p>　　將 Δ=0</p><p>　　以及how

62、與qVLh , hd 與qVLh ，hf 與qVVh , qVLh 的關(guān)系全部代入前式整理得： </p><p>　　上述關(guān)系可作得降液管液泛線⑤</p><p>　　上五條線聯(lián)合構(gòu)成負(fù)荷性能圖（見(jiàn)附件二）</p><p>　　作點(diǎn)為：qVLh =43.98m3/s</p>&

63、lt;p>　　qVVh =486.2 m3/s</p><p><b>　　負(fù)荷性能圖： </b></p><p>　　操作彈性：qVVhmax / qVVhmin≈3.7 所以基本滿足要求</p><p>　　第五章 再沸器的設(shè)計(jì)</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)條件</p><p&g

64、t;　　1．選用立式熱虹吸式再沸器</p><p>　　塔頂壓力：2.6MPa</p><p>　　壓力降：Np×hf=69×0.98=67.62(m液柱)</p><p>　　塔底壓力=2667kpa</p><p>　　2．再沸器殼程與管程的設(shè)計(jì)</p><p>　　蒸發(fā)量：Db= q,mVs

65、=4.73kg/s</p><p><b>　　物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　殼程凝液在溫度（100℃）下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　潛熱：rc=2319.2kj/kg</p><p>　　熱導(dǎo)率：λc =0.683w/(m*K)</p><p>　　粘度：μc =0.283mPa*

66、s</p><p>　　密度：ρc =958.4kg/m3</p><p>　　管程流體在（5℃ 2.667MPa）下的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　潛熱：rb=279.12kj/kg</p><p>　　液相熱導(dǎo)率：λb =90.714mw/(m*K)</p><p>　　液相粘度：μb =0.0566mPa*s&

67、lt;/p><p>　　液相密度：ρb =420kg/m3 </p><p>　　液相定比壓熱容：Cpb= 3.428kj/(kg*k)</p><p>　　表面張力：σb＝0.00273N/m</p><p>　　氣相粘度：μv =0.0005mPa*s</p><p>　　氣相密度：ρv =35kg/m3 <

68、/p><p>　　蒸氣壓曲線斜率（Δt/ΔP）=0.000181 m2 K/kg</p><p><b>　　二、估算設(shè)備尺寸</b></p><p>　　熱流量： = 1431885.6w</p><p>　　傳熱溫差： =100-5=95K </p>

69、<p>　　假設(shè)傳熱系數(shù)：K=880W/( m2 K)</p><p>　　估算傳熱面積Ap =17.12 m2 </p><p>　　擬用傳熱管規(guī)格為：Ф25×2mm,管長(zhǎng)L=3000mm</p><p>　　則傳熱管數(shù)： =73</p><p>　　若將傳熱管按正三角形排列，按式 NT

70、 = b×b/1.21 </p><p><b>　　得：b=9.37</b></p><p>　　管心距：t=0.0344m</p><p>　　則 殼徑： =0.363m</p><p>　　取 D= 600mm L/D=5</p>

71、;<p>　　取 管程進(jìn)口直徑：Di=0.1m</p><p>　　管程出口直徑：Do=0.25m</p><p><b>　　三、傳熱系數(shù)的校核</b></p><p>　　1．顯熱段傳熱系數(shù)K</p><p>　　假設(shè)傳熱管出口汽化率 Xe=0.2</p><p>　　則循環(huán)氣量

72、： =25.65g/s</p><p>　　計(jì)算顯熱段管內(nèi)傳熱膜系數(shù)αi</p><p>　　傳熱管內(nèi)質(zhì)量流速： </p><p>　　di=25-2×2=21mm</p><p>　　=0.0253 </p><p>　　= 1018.7kg/( m2? s)</

73、p><p>　　雷諾數(shù)： = 377981.7 </p><p>　　普朗特?cái)?shù)： =2.14</p><p>　　顯熱段傳熱管內(nèi)表面系數(shù)： = 3901.14w/( m2 K)</p><p>　　2) 殼程冷凝傳熱膜系數(shù)計(jì)算αo</p>

74、<p>　　蒸氣冷凝的質(zhì)量流量： = 0.617kg/s</p><p>　　傳熱管外單位潤(rùn)濕周邊上凝液質(zhì)量流量： =0.108kg/(m? s)</p><p>　　= 1528.5<2100</p><p>　　管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： </p><p>　　=

75、5380.8w/ (m2 K)</p><p>　　3) 污垢熱阻及管壁熱阻</p><p>　　沸騰側(cè)：Ri=0.000176 m2? K/w</p><p>　　冷凝側(cè)：Ro=0.00009 m2? K/w</p><p>　　管壁熱阻：Rw=b/λw= 0.0000176m2? K/w</p><p><b

76、>　　4）顯熱段傳熱系數(shù)</b></p><p>　　dm=(di+do)/2= 0.035m</p><p>　　= 1182.08w/( m2? K)</p><p>　　2. 蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KE計(jì)算</p><p>　　傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流量：Gh=3600 qmws = 3667503.115kg/( m2? h)&

77、lt;/p><p>　　Lockhut-martinel參數(shù)：</p><p><b>　　=1.613</b></p><p>　　則1/Xtt=0.61994</p><p>　　查設(shè)計(jì)書(shū)P96圖3－29</p><p><b>　　得：αE=0</b></p>

78、<p>　　在Xe=0.15 X＝0.4Xe=0.06的情況下</p><p><b>　　=0.1814</b></p><p>　　再查圖3－29，α’=0.2</p><p>　　2）泡核沸騰壓抑因數(shù)：α=(αE+α’)/2=0.1</p><p>　　泡核沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):</p>&

79、lt;p>　　=20141.19w/( m2? K)</p><p>　　3）單獨(dú)存在為基準(zhǔn)的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ：</p><p>　　= 3649.41w/( m2? K)</p><p>　　沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：KE</p><p>　　對(duì)流沸騰因子 ： = 1.71</p><p>

80、　　兩相對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù): = 6252.8 w/( m2? K)</p><p>　　沸騰傳熱膜系數(shù)： = 8266.9w/( m2? K)</p><p>　　=1260.3w/( m2? K)</p><p>　　3.顯熱段及蒸發(fā)段長(zhǎng)度 </p><p><b>　　= 0.

81、0055</b></p><p>　　LBC = 0.021L= 0.0164</p><p>　　LCD =L- LBC = 2.98m</p><p>　　4．傳熱系數(shù) = 1458.7 </p><p>　　實(shí)際需要傳熱面積： = 10.33m2&l

82、t;/p><p>　　5．傳熱面積裕度： = 0.66>0.30</p><p>　　所以，傳熱面積裕度合適，滿足要求</p><p><b>　　四、循環(huán)流量校核</b></p><p>　　1．循環(huán)系統(tǒng)推動(dòng)力：</p><p>　　1）當(dāng)X=Xe/3= 0.067時(shí)

83、</p><p><b>　　=4.98</b></p><p>　　兩相流的液相分率： = 0.436</p><p>　　兩相流平均密度： = 202.97kg/m3</p><p>　　2）當(dāng)X=Xe=0.2</p><

84、;p><b>　　= 2.2</b></p><p>　　兩相流的液相分率： = 0.305</p><p>　　兩相流平均密度： </p><p>　　= 136.445kg/m3</p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)表3－19 得：L=0.9

85、m,</p><p>　　則循環(huán)系統(tǒng)的推動(dòng)力： </p><p>　　= 5147.3pa</p><p>　　2．循環(huán)阻力⊿Pf：</p><p>　?、俟艹踢M(jìn)出口阻力△P1 </p><p>　　進(jìn)口管內(nèi)質(zhì)量流速： =522.537kg/(m2·s

86、)</p><p>　　釜液進(jìn)口管內(nèi)流動(dòng)雷諾數(shù)： = 2308027.9</p><p>　　進(jìn)口管內(nèi)流體流動(dòng)摩擦系數(shù)： </p><p><b>　　= 0.01515</b></p><p>　　進(jìn)口管長(zhǎng)度與局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度：</p><p><b

87、>　　=29.298m</b></p><p>　　管程進(jìn)出口阻力: </p><p><b>　　=577.16Pa</b></p><p>　　傳熱管顯熱段阻力△P2 </p><p>　　=451.56kg/(m2·s)</p><p><b>　　=

88、167539.7</b></p><p><b>　　=0.02007</b></p><p>　　= 3.8089Pa</p><p>　　傳熱管蒸發(fā)段阻力△P3 </p><p>　　氣相流動(dòng)阻力△Pv3</p><p>　　=60.207kg/(m2·s)</p&

89、gt;<p><b>　　=2528733</b></p><p><b>　　=0.015</b></p><p><b>　　=110.7Pa</b></p><p>　　液相流動(dòng)阻力△PL3</p><p>　　GL=G-Gv=391.35kg/(m2

90、83;s)</p><p>　　= 16436768.62</p><p>　　= 0.01363 </p><p>　　= 353.24Pa</p><p>　　= 3300.037Pa</p><p>　?、芄軆?nèi)動(dòng)能變化產(chǎn)生阻力△P4</p><p>　　動(dòng)量

91、變化引起的阻力系數(shù):`</p><p><b>　　= 2.0806</b></p><p>　　= 1010.12pa;</p><p>　?、莨艹坛隹诙巫枇Α鱌5 </p><p>　　氣相流動(dòng)阻力△Pv5</p><p>　　= 161.277kg/(m2·s) </p>

92、;<p>　　= 32.267kg/(m2·s)</p><p>　　管程出口長(zhǎng)度與局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度之和：</p><p><b>　　= 52.277m</b></p><p>　　= 29029862.12</p><p><b>　　= 0.01337</b><

93、/p><p><b>　　=2.358Pa;</b></p><p>　　液相流動(dòng)阻力△PL5</p><p>　　=129.02kg/(m2·s)</p><p>　　= 1025790.18</p><p><b>　　= 0.01619</b></p>

94、<p><b>　　= 37.27Pa</b></p><p><b>　　= 189.5Pa</b></p><p>　　所以循環(huán)阻力：△Pf=△P1 + △P2 + △P3 + △P4 + △P5= 5080.598 Pa</p><p>　　又因△PD=5147.3Pa</p><p

95、>　　所以 =1.01313</p><p>　　(△PD-△Pf)/△PD=0.013,在0.01～0.05范圍內(nèi).</p><p>　　第五章 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、管路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　物性參數(shù)</b></p>

96、;<p><b>　　進(jìn)料： </b></p><p>　　有逐板計(jì)算可得，第20塊板為進(jìn)料板，由全塔效率可知，實(shí)際進(jìn)料板為第34塊板。</p><p>　　塔底壓力為P=2.667</p><p>　　查P-t-K圖得（假設(shè)t=-10℃）Ka=1.13 Kb=0.76</p><p><b>

97、;　　則：=0.0005</b></p><p>　　結(jié)果小于，故假設(shè)正確，進(jìn)料溫度為-10℃</p><p>　　此溫度下，乙烯密度：386.9kg/m³</p><p>　　421.6kg/m³</p><p>　　=28*0.65+30*0.35=28.7</p><p>　　有物

98、料衡算知0.63</p><p><b>　　399kg/m³</b></p><p><b>　　4018kg/h</b></p><p><b>　　10.07m³/h</b></p><p><b>　　管路尺寸</b></

99、p><p><b>　　進(jìn)料管尺寸</b></p><p>　　取料液流速：u=0.6m/s</p><p><b>　　則</b></p><p>　　取管子規(guī)格Ф81×3。</p><p>　　實(shí)際流速：u=0.585m/s</p><p>

100、<b>　　塔頂蒸汽管</b></p><p>　　取u=15m/s 0.126kg/h</p><p><b>　　d==0.103</b></p><p><b>　　選取管規(guī)格為</b></p><p>　　則實(shí)際流速 u==16.04</p><

101、;p><b>　　塔頂產(chǎn)品接管</b></p><p>　　取u=1.5m/s 2537.18m³/h 6.04m³/h=1.67E-3 m³/s</p><p><b>　　d==0.038m</b></p><p><b>　　選取管規(guī)格為</b><

102、/p><p>　　則實(shí)際流速 u==1.33m/s</p><p><b>　　回流管</b></p><p>　　取u=1.5m/s 8.7E-3 m³/s</p><p>　　d==0.0859m</p><p><b>　　選取管規(guī)格為</b></p&

103、gt;<p>　　則實(shí)際流速 u==1.11/s</p><p><b>　　釜液流出管</b></p><p>　　取u=1.5m/s 9.7E-4 m³/s</p><p>　　d==0.0286m</p><p><b>　　選取管規(guī)格為</b></p>

104、;<p>　　則實(shí)際流速 u==1.13/s</p><p><b>　　塔底蒸汽回流管</b></p><p>　　取u=20m/s 0.135kg/h</p><p><b>　　d==0.093</b></p><p><b>　　選取管規(guī)格為</b>

105、</p><p>　　則實(shí)際流速 u==17.1</p><p><b>　　儀表接管</b></p><p><b>　　選取規(guī)格為的管子。</b></p><p><b>　　結(jié)果匯總：</b></p><p><b>　　二、輔助容器的

106、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　容器填充系數(shù)?。簁=0.7</p><p>　　1．進(jìn)料罐（-10℃）</p><p>　　-10℃乙烯 ρL1 =386.9kg/m3 </p><p>　　乙烷 ρL2 =421.6kg/m3 </p><p>　　壓力取2.62MPa</p>&l

107、t;p>　　由上面的計(jì)算可知 進(jìn)料 Xf=65% Wf=63.4% </p><p>　　則 =399 kg/m3</p><p>　　進(jìn)料質(zhì)量流量：qmfh=3600 qmfs=4018kg/h</p><p>　　取 停留時(shí)間：x為3天，即x=72h</p><p>　　進(jìn)料

108、罐容積： 1035.78m3</p><p>　　2．回流罐（-17℃）</p><p>　　質(zhì)量流量qmLh=3600R·qmDs =15892.8kg/h</p><p>　　設(shè)凝液在回流罐中停留時(shí)間為0.2h，填充系數(shù)φ=0.7</p><p>　　則回流罐的容積 11.08</p&g

109、t;<p><b>　　3．塔頂產(chǎn)品罐</b></p><p>　　質(zhì)量流量qmDh=3600qmDs =2537.18 kg/h；</p><p>　　產(chǎn)品在產(chǎn)品罐中停留時(shí)間為72h，填充系數(shù)φ=0.7</p><p>　　則產(chǎn)品罐的容積 636.5</p><p><b>

110、　　釜液罐</b></p><p>　　取停留時(shí)間為3天，即x=72h</p><p>　　質(zhì)量流量qmWh=3600qmWs =1456.13kg/h </p><p>　　則釜液罐的容積 384.04 </p><p><b>　　三、泵的設(shè)計(jì)</b><

111、;/p><p>　　1．進(jìn)料泵(兩臺(tái)，一用一備)</p><p>　　取液體流速：u=0.585m/s</p><p>　　液體密度： kg/ m3 </p><p>　　qVfs = qmfs / =0.002797 m3/s</p><p><b>　　取Ф81×3</b

112、></p><p>　　在-10℃下乙烯 </p><p><b>　　乙烷 </b></p><p><b>　　混合物粘度 </b></p><p><b>　　取ε=0.2mm</b></p><p>　　相對(duì)粗糙度：ε/d=0.002

113、67</p><p>　　查得：λ=0.023</p><p>　　取管路長(zhǎng)度：l=50m </p><p>　　取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè),泵吸入段裝有吸濾筐及底閥，噴嘴1個(gè)</p><p><b>　　2.63MPa</b></p><p><b>　　取<

114、/b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　qVLh =10.07m3/h</p><p>　　選取泵的型號(hào)：GL 揚(yáng)程：10～1500m 流量：0.1～90m3 /s</p><p>　　2．回流泵（兩臺(tái)，一開(kāi)一用）</p><p>　　取液體流速：u=1

115、.1m/s</p><p>　　液體密度： kg/ m3 </p><p>　　qVLs = qmLs / =0.0028m3/s</p><p>　　管路選擇：Ф108×4 </p><p><b>　　液體粘度 </b></p><p><b>　　

116、取ε=0.2mm</b></p><p>　　相對(duì)粗糙度：ε/d=0.002</p><p><b>　　查得：λ=0.02</b></p><p>　　取管路長(zhǎng)度：l=50m </p><p>　　取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)泵吸入段裝有吸濾筐及底閥，噴嘴1個(gè)</p><

117、;p><b>　　取</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　qVLh =31.1m3/h</p><p>　　選取泵的型號(hào)：HY 揚(yáng)程：1~200m 流量：15~220m3 /h</p><p>　　3.釜液泵（兩臺(tái)，一開(kāi)一備）</p>&l

118、t;p>　　取液體流速：u=1.13m/s</p><p>　　液體密度： kg/ m3 </p><p>　　qVWs = qmWs / =0.000963m/s</p><p>　　管路選擇：Ф38×2.5 </p><p><b>　　液體粘度 </b></p><

119、;p><b>　　取ε=0.2</b></p><p>　　相對(duì)粗糙度：ε/d=0.00606</p><p><b>　　查得：λ=0.02</b></p><p>　　取管路長(zhǎng)度：l=40m </p><p>　　取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)泵吸入段裝有吸濾筐及底閥，噴嘴

120、1個(gè)</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　qVLh =3.47m3/h</p><p>　　選取泵的型號(hào)：GL 揚(yáng)程：10～1500m 流量：0.1～90m3 /s</p><p>　　4.塔頂產(chǎn)品泵（

121、兩臺(tái)，一開(kāi)一備）</p><p>　　取液體流速：u=1.33m/s</p><p>　　液體密度： kg/ m3 </p><p>　　管路選擇：Ф38×2.5 </p><p><b>　　液體粘度 </b></p><p><b>　　取ε=0.2</

122、b></p><p>　　相對(duì)粗糙度：ε/d=0.0052</p><p><b>　　查得：λ=0.02</b></p><p>　　取管路長(zhǎng)度：l=50m </p><p>　　取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)泵吸入段裝有吸濾筐及底閥，噴嘴1個(gè)</p><p><b&

123、gt;　　取</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　qVLh =6.02m3/h</p><p>　　選取泵的型號(hào)：GL 揚(yáng)程：10～1500m 流量：0.1～90m3 /s</p><p><b>　　四、傳熱設(shè)備</b></p>

124、<p><b>　　1.塔頂冷凝器</b></p><p>　　塔頂擬用-50℃氨為冷卻劑，出口溫度為-40℃，走殼程，管程溫度為-17℃</p><p><b>　　=27.7℃</b></p><p>　　管程流率15892.8kg/h</p><p>　　取潛熱r=277.25kJ/

125、kg</p><p>　　傳熱速率：=1223.97kw</p><p>　　設(shè)傳熱系數(shù)K=700W/(㎡·K)</p><p>　　則傳熱面積=63.12㎡</p><p>　　取整A=70㎡ </p><p><b>　　2．進(jìn)料降溫器</b></p><p&

126、gt;　　用-16.35℃乙烯為冷卻劑，出口約為-10.35℃走殼程</p><p>　　料液由20℃降溫至-10℃，走管程傳熱溫差：</p><p>　　= 21.464℃ </p><p>　　管程液體流率：qmfh=4200kg/h</p><p>　　管程液體焓變：ΔH=87.7kj/kg</

127、p><p>　　傳熱速率：Q= qmfsΔH=4200×87.7=368340kw</p><p>　　殼程焓變：ΔH’=17.8980kj/kg</p><p>　　殼程水流率：q=30870kg/h</p><p>　　假設(shè)傳熱系數(shù)：K=637.8842w/(m2?K)</p><p>　　則傳熱面積：=26

128、.86</p><p>　　圓整后取A=30m2 </p><p><b>　　第七章 控制方案</b></p><p>　　精餾塔的控制方案要求從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。精餾塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品濃度。由于檢測(cè)上的困難，難以直接按產(chǎn)品純度進(jìn)行控制。最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)是溫度。</p><p>

129、;　　將本設(shè)計(jì)的控制方案列于下表</p><p>　　附錄1 過(guò)程工藝與設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　(一)</b></p><p>　　乙烯——乙烷精餾裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) </p>&

130、lt;p>　　表1中圈上序號(hào)的設(shè)計(jì)方案包括了個(gè)人本次課程設(shè)計(jì)的參數(shù)。</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　工藝條件：飽和液體進(jìn)料，進(jìn)料乙烯含量(摩爾百分?jǐn)?shù))</p><p>　　塔頂乙烯含量，釜液乙烯含量，總板效率為0.6。</p><p>　　操作條件：建議塔頂操作壓力2.5MP

131、a(表壓)。</p><p><b>　　安裝地點(diǎn)：大連。</b></p><p><b>　　其他條件見(jiàn)表1。</b></p><p><b>　　表1設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　續(xù)表1</b></p><p>

132、<b>　　續(xù)表1</b></p><p><b>　　續(xù)表1</b></p><p><b>　　續(xù)表1</b></p><p><b>　　續(xù)表1</b></p><p><b>　　二、工藝設(shè)計(jì)要求</b></p>

133、<p>　　1 完成精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p><b>　　(1) 塔高、塔徑</b></p><p>　　(2) 溢流裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(3) 塔盤(pán)布置</b></p><p>　　(4) 塔盤(pán)流動(dòng)性能的校核</p><p>&

134、lt;b>　　(5) 負(fù)荷性能圖</b></p><p>　　2 完成塔底再沸器的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　3 管路尺寸的確定、管路阻力計(jì)算及泵的選擇；</p><p>　　4 其余輔助設(shè)備的計(jì)算及選型；</p><p>　　5 控制儀表的選擇參數(shù)；</p><p>　　6 用3#圖紙繪制帶控制

135、點(diǎn)的工藝流程圖及主要設(shè)備(精餾塔和再沸器)的工藝條件圖各一張；</p><p>　　7 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。</p><p><b>　　三、其它要求</b></p><p>　　本課程的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)分兩本裝訂，第一本為工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，第二本為機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。</p><p>　　1-2周完成工藝設(shè)計(jì)后，將塔的計(jì)算結(jié)果表交由指

136、導(dǎo)老師審核簽字合格后，方可進(jìn)行3-4周的機(jī)械設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖紙一律用計(jì)算機(jī)（電子圖板）出圖。</p><p><b>　　四、參考資料</b></p><p>　　《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》，匡國(guó)柱、史啟才主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。</p><p>　　《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》（有機(jī)卷），劉光啟

137、、馬連湘、劉杰主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。</p><p>　　《化工物性算圖手冊(cè)》，劉光啟、馬連湘、劉杰主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。</p><p>　　《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》，盧煥章，劉光啟、馬連湘、劉杰主編,化學(xué)工業(yè)出版社，1982年。</p><p>　　《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》（續(xù)篇），馬沛生，化學(xué)工業(yè)出版社，1993年。</p>

138、<p>　　《石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》，王松漢，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。</p><p><b>　　時(shí)間安排</b></p><p>　　1. 6月20日上午8點(diǎn)上課，地點(diǎn)化工綜合B202</p><p>　　2. 6月21日上午8點(diǎn)上課，地點(diǎn)待定</p><p>　　答疑時(shí)間，見(jiàn)化院通知</p>

139、;<p>　　7月1日下午提交報(bào)告，每人自行提交，在提交報(bào)告同時(shí)進(jìn)行面試，提交報(bào)告同時(shí)帶塔的計(jì)算結(jié)果表經(jīng)老師審核簽字，考試時(shí)間見(jiàn)附件。</p><p>　　附錄2 精餾塔及再沸器計(jì)算結(jié)果匯總</p><p><b>　　塔計(jì)算結(jié)果表</b></p><p>　　（1）操作條件及物性參數(shù)</p><p>　　

140、操作壓力：塔頂 2.62MPa（絕壓） 塔底 2.667MPa（絕壓）</p><p>　　操作溫度：塔頂 -17 ℃ 塔底 5 ℃</p><p>　　(2) 塔板主要工藝尺寸及水力學(xué)核算結(jié)果</p><p>　　再沸器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表</p><p>　　附錄3 主要符號(hào)說(shuō)